מי הזיז את המולקולה שלי

 

 

 

שחקני פריזבי יודעים, שה"סוד" לכיוון הצלחת המעופפת היישר אל זוג הידיים המחכה ממול הוא סיבובה בשיפוע המתאים. פרופ' איליה אברבוך ותלמיד המחקר ארז גרשנבל, מהמחלקה לפיסיקה כימית בפקולטה לכימיה, השתמשו בעיקרון דומה בעבודתם עם מולקולות מסתובבות בשדות חשמליים ומגנטיים. המחקר התיאורטי שלהם עשוי לפתוח דרך ליישומים שונים בתחומים רבים, כמו ננוטכנולוגיה, אופטיקה, כימיה ועוד.

 

כעיקרון, משחק עם אטומים או מולקולות המוצבים בשדות אחידים במרחב צריך להיות די משעמם: חלקיקים נייטרליים כאלה אינם מבחינים ואינם מגיבים כאשר שדה חשמלי או  מגנטי מופעל עליהם, או כאשר לייזר אחיד מכוון עליהם. חלקיק בעל מטען, כמו אלקטרון, יואץ על-ידי השדות האלה, אבל אטום או מולקולה, שהמטען החשמלי הכולל שלהם הוא אפס, יישארו במצב מנוחה או ימשיכו לנוע במהירות קבועה בדרכם מאי-כאן לאי-שם. זה לא אומר שחלקיקים נייטרליים אינם רגישים לשדה שסביבם: בהשפעת השדה הם הופכים קוטביים, והמטענים החשמליים שלהם נפרדים - המטענים החיוביים זזים לצד אחד של החלקיק, השליליים לצד השני. העניין הוא, שהכוחות שפועלים על המטענים האלה מאזנים זה את זה, ולמעשה מבטלים זה את השפעתו של זה. כך או כך, בסופו של דבר האטומים והמולקולות האלה אינם מרגישים שום דחף ו"אינם מרגישים צורך ללכת לשום מקום".

מדענים שונים התקדמו מעט בניסיונותיהם להניע אטומים נייטרליים. הטכניקה שפותחה בתחום זה כרוכה בייצור שדה לא אחיד שבו הכוח בצד אחד של האטום המקוטב חזק מהכוח שבצדו השני. הכוח החזק יותר מכתיב את הכיוון - והאטום הנייטרלי זז. רוב האטומים דומים ל"כדורגל" עגול - הקיטוב יכול להתרחש בכל כיוון. אבל אפילו המולקולות הפשוטות ביותר, כמו מולקולות מימן, מתאפיינות במבנה שאינו עגול. המימן, למשל, נראה יותר כמו משקולת המשמשת בהתעמלות. המולקולות הקוטביות מפרידות את המטענים שלהן לשני קצוות ה"משקולת", ולכן מולקולה העומדת בניצב לשדה תושפע אחרת ממולקולה זהה שממוקמת במקביל אליו. פרופ' אברבוך וארז גרשנבל הבינו, שכמו במשחק פריזבי, כיוון ציר המולקולה וסחרורה חייבים למלא תפקיד במשחק של הזזת מולקולות.

במחקרם התיאורטי הצליחו המדענים לגרום למולקולות להסתחרר מסביב לכל ציר שבחרו, באמצעות "בעיטות" מדויקות של פעימות לייזר קצרות מאוד. אחר כך הכניסו את המולקולות האלה לשדה הלא אחיד - והניחו להן לחוש את הכוח.

המולקולות אכן האיצו את תנועתן בשדה, אבל המדענים מצאו שהם יכולים לשלוט,  בדיוק רב, על כיוון התנועות שלהן ועל קצבן. "המולקולות המסתחררות האלה, הניתנות לקיטוב, מתנהגות כמעין ג'ירוסקופים זעירים", אומר פרופ' אברבוך. "השליטה בצירי הסחרור מאפשרת לכוון אותן בדיוק לכל מקום שנרצה. השתמשנו בלייזרים כמקור השדה, אבל אותו עיקרון יפעל בשדות חשמליים סטטיים או מגנטיים".

ממצאים אלה עשויים להתוות דרך לפיתוח יישומים רבים, וקבוצות מחקר מדעיות שונות כבר התעניינו בשיטה. אפשרות אחת היא פיתוח אופטיקה מולקולרית, שתפעל על-פי כללים הדומים לאלה של מיקרוסקופיית אלקטרונים או אופטיקה אטומית. אופטיקה כזאת עשויה לעמוד בבסיסן של טכנולוגיות דימות חדשות. בתחום הננוטכנולוגיה עשויה השיטה הזאת לשמש למיקוד אלומות של מולקולות מסתחררות אל מטרות מוגדרות, ובדרך זו לשלוט בתהליך השקיעה של מולקולות על משטח.